5.4.1. Атмосферные осадки

Атмосферные осадки являются одним из главных факторов формирования стока рек. Многие характеристики речного стока, например сток за год, за период весеннего половодья и дождевых паводков, зависят в основном от осадков, которые их формируют. Часто возникает необходимость косвенного определения многих стоковых характеристик, поскольку число пунктов измерений реч­ного стока крайне мало по сравнению с количеством рек. И главным параметром расчетных формул стоковых харак­теристик являются именно осадки.

Количество атмосферных осадков и их распределение по сезо­нам года изменяется по территории в соответствии с изменением общих климатических условий. Однако на количество атмосферных осадков в пределах отдельных районов или речных водосборов существенное влияние оказывают их физико-географические усло­вия. Количество осадков в основном зависит от характера атмо­сферных процессов, удаленности местности от морей и океанов и ее рельефа. Влияние на осадки оказывают также лес и большие внутренние водоемы.

Влияние рельефа на атмосферные осадки сказы­вается в том, что с повышением местности над уровнем моря уве­личивается количество осадков вследствие подъема воздушных масс по наветренным склонам. Поднимающийся по склонам воздух охлаждается, водяные пары, содержащиеся в нем, достигают стадии насыщения, конденсируются и выпадают в виде атмосферных осадков. Закономерность увеличения осадков с по­вышением высоты местности наиболее хорошо выражена в горных районах, но и небольшие возвышенности на равнинах вызывают увеличение осадков по сравнению с окружающей местностью. В горах и на возвышенностях увеличение осадков зависит также и от экспозиции склонов. Наиболее орошаются наветренные склоны, простирающиеся перпендикулярно направлению преобла­дающего переноса влаги воздушными потоками. Воздушная масса после выпадения осадков на наветренных склонах переваливает через горный хребет в значительной мере обезвоженной. Кроме того, восходящее движение воздушных масс сменяется нисходящим, которое приводит к повышению температуры воздуха и тем самым удаляет водяные пары от состояния насыщения, вследствие этого количество осадков на подветренных склонах значительно меньше.

Леса оказывают двоякое влияние на количество атмосферных осадков. С одной стороны, лес увеличивает количество осадков благодаря восходящему движению воздушных масс над лесом, вызванному различием динамической шероховатости лес­ных и безлесных территорий. Шеро­ховатость поверхности леса в 10 - 20 раз больше шероховатости рядом расположенной поверхности безлесной территории. Восхо­дящее движение воздушных масс способствует конденсации водя­ного пара и выпадению большого количества осадков над лесом. С другой стороны, лес кронами деревьев задерживает часть вы­павших на него осадков, которая затем испаряется.

Жидкие осадки, выпадая на поверхность земли, смачивают ее, заполняют микропонижения, и частично идут на инфильтрацию в почву и испарение. Все эти виды расходования атмосферной влаги с точки зрения формирования поверхностного стока носят название потерь. Количество атмосферных осадков, идущее на потери до появления поверхностного стока, называется слоем начальных потерь стока: он зависит от почвы, ее влажности, объема микропонижений на ней и испаре­ния, поэтому он меняется по времени и в пространстве. В среднем для обыкновенных южных черноземов он составляет 15 - 25 мм.

Не все дожди вызывают образование поверхностного стока. Стокообразующими являются те дожди, у которых слой осадков будет больше слоя начальных потерь стока. Дожди, выпадающие весной и в начале лета, обычно образуют поверхностный сток, так как слои начальных потерь малы вследствие большой влаж­ности почвы после весеннего таяния снега и относительно малых потерь на испарение. По аналогичным причинам осенние дожди в большинстве районов также образуют поверхностный сток. Дожди, выпадающие летом на сухую почву при относительно высокой температуре воздуха, в основном идут на потери и обычно не об­разуют поверхностного стока. Только те дожди, интенсивность выпадания которых больше интенсивности потерь, вызывают поверх­ностный сток и формируют дождевые паводки на реках.

Каждый дождь может быть охаракте­ризован слоем выпавших осадков, продолжительностью, интенсивностью выпадения и площадью орошения, т. е. той площадью, на которую он выпадает. В зависимости от этих характеристик все дожди могут быть под­разделены на следующие типы: ливни, ливневые дожди и облож­ные дожди. Кроме того, каждый тип дождя имеет районы пре­имущественного распространения.

Ливни - короткие и интенсивные дожди продолжительностью не более 4 ч и средней интенсивностью не менее 10-20 мм/ч, наблюдаются повсеместно, отличаются большой пестротой распре­деления, орошают одновременно, как правило, небольшие терри­тории - площадью до десятков квадратных километ­ров.

Ливневые дожди - длительные интенсивные дожди, продолжительностью от нескольких часов до нескольких суток и средней интенсивностью не менее 2 - 10 мм/ч, наблюдаются повсеместно, но наиболее часто в районах с муссонным климатом (Дальний Восток) и орошают одновременно обширные пространства площадью от десятков тысяч до сотен тысяч квадратных километ­ров.

Обложные дожди - длительные и малоинтенсивные дожди, продолжительностью до нескольких суток с равномерной интенсивностью, не более 2 мм/ч. Наблю­даются повсеместно и орошают большие площади - досотен тысяч квадратных километров. В средних широтах обложные дожди обычно наблю­даются при прохождении теплых фронтов преимущест­венно осенью.

Интенсивность, продолжительность и время выпадения различ­ных типов дождей определяют максимальные расходы и объемы паводочных волн, а также возможность пополнения запасов под­земных вод. Площадь орошения дождем предопределяет размер водосбора реки, на котором может сформироваться дождевой па­водок. Так, ливни, могут вызвать большие дождевые паводки лишь на малых водотоках с площадями водосборов до 100-200 км², реже до 1000 км² вследствие малых площадей одновременного оро­шения. Пополнения запасов вод в период выпадения ливней обычно не происходит вследствие малой их продолжительности. Ливневые дожди могут вызвать катастрофические паводки на всех реках, на­чиная от малых и кончая большими вследствие одновременного орошения обширных территорий. В период выпадения длительных ливневых дождей происходит пополнение запасов подземных вод.

Обложные дожди, выпадающие при высокой температуре воз­духа и на сильно иссушенную почву, вообще не образуют поверх­ностного стока и не пополняют запасы подземных вод, так как все выпавшие осадки при таких условиях пойдут на испарение. Облож­ные дожди, выпавшие в относительно холодный осенний период, вследствие большой площади орошения и их продолжительности пополняют запасы подземных вод и формируют относительно не­высокие дождевые паводки на больших и средних реках.